Tổng hợp polyaniline bằng phương pháp điện hóa

Khóa luận tốt nghiệp DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Các dạng oxi hóa PANI khả dẫn điện tương ứng .16 DANH MỤC HÌN Khóa luận tốt nghiệp Hình 1.1 Cấu tạo phân tử Polyaniline 10 Hình 1.2 Q trình chuyển đổi dạng oxi hóa polyaniline 11 Hình 1.3 Siêu tụ điện cấu tạo 15 Hình 1.4 Quy trình phủ PANI lên điện cực carbon ứng dụng vào siêu tụ điện .16 Hình 1.5 Cấu tạo loại PLED với Polyaniline 17 Hình 1.6 Pin mặt trời polymer 18 Hình 1.7 Cấu tạo pin mặt trời polymer .19 Hình 1.8 Transitor hữu với oxit kim loại 20 Hình 1.9 Biosensor sử dụng hệ polymer dẫn 21 Hình 1.10 Ứng dụng Polyaniline dự trữ lượng .22 Hình 1.11 Một số ứng dụng khác Polyaniline 23 Hình 1.12 Cơ chế dẫn điện Roth polymer dẫn .24 Hình 1.13 Sơ đồ chế lan truyền pha K.AoKi 25 Hình 1.14 Doping với Bonsted acid .26 Hình 1.15 Doping với Lewis acid 26 Hình 1.16 Sự chuyển động điện trử π (.) lỗ trống (+) Hình 2.1 Acid clohydric Aniline 32 Hình 2.2 Điện cực vải carbon Platinum 32 Hình 2.3 Bộ cấp nguồn 33 Hình 2.4 Hệ thống thí nghiệm 33 Hình 2.5 hình thành radical cation Aniline .36 Hình Các dạng mang điện radical cation Aniline .36 Khóa luận tốt nghiệp Hình 2.7 Sự hình thành dimer Aniline 37 Hình Sự hình thành radical cation dimer 37 Hình Quá trình tạo Polyaniline 38Y Hình 3.1 Sơ đồ mức lượng đám mây obitan 43 Hình 3.2 So sánh lượng bước chuyển 45 Hình 3.3 Thiết bị quang phổ hấp thu UV-Vis .46 Hình 3.4 Hệ thống quang học máy quang phổ chùm tia 47 Hình 3.5 loại detector .48 Hình 3.6 Phổ UV-Vis mẫu PANI vải carbon 50 Hình 3.7 UV-Vis mẫu PANI dung dịch .51 Hình 3.8 SEM mẫu PANI dạng EB vải carbon (thí nghiệm với điện cực Pt) 54 Hình 3.9 SEM PANI dạng Pernigraniline ( điện cực Pt) 55 Hình 3.10 SEM EB (thí nghiệm với điện cực Crom) .56 Hình 3.11 Tần số dao động đặc trưng phổ IR 58 Hình 3.12 FTIR PANI nghiên cứu R Mustapa cộng 60 Hình 3.13 FTIR PANI dạng Emeraldine Base 61 Hình 3.14 FTIR PANI dạng Emeraldine Pernigraniline 62 Hình 3.15 Sơ đồ chùm tia tới chùm tia nhiễu xạ tinh thể 64 Hình 3.16 Độ tù pic phản xạ gây kích thước hạt 65 Hình 3.17 Kết XRD PANI vải carbon .66 Hình 3.18 Kết XRD so sánh vải carbon PANI phủ vải carbon 67 Hình 19 Kết TGA mẫu PANI vải carbon 70 Hình 3.20 Kết BET mẫu PANI vải carbon 72 Khóa luận tốt nghiệp DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT PA Polyacetylene PANI Polyaniline EB Emeraldine Base PLED Polymer light emitting diode PPV Polyphenylenevinylenes OPV Organic Photovoltaics PT Polythiophene PF Polyfluorence FET Field Effect Transistors AchE Amperometric acetylcholinesterase PPy Polypyrrole MWCNTs Multi-walled nanotubes carbon UV-Vis Ultraviolet–visible Spectroscopy SEM Scanning Electron Microscope FT-IR Fourier-transform infrared spectroscopy XRD Powder X-ray diffraction TGA Thermal Gravimetric Analysis BET Brunauer–Emmett–Teller LỜI MỞ ĐẦU Khóa luận tốt nghiệp Ngày nay, khoa học công nghệ ngày tiến đầu tư nghiên cứu lĩnh vực Song song với phát triển khoa học đời ngành vật liệu Trong có ngành vật liệu polymer Đã từ đâu, polymer cho chất cách điện ứng dụng chúng dựa tính chất Tuy nhiên, ba thập kỷ trước, nhà khoa học số polymer định (polythiophene, polypyrrole, o-anisidine polyaniline) thể đặc tính bán dẫn dẫn điện Từ đó, nghiên cứu phương pháp tổng hợp polymer dẫn điện ngày quan tâm để phục vụ cho lĩnh vực ứng dụng khác Trong polyaniline nhận ý đáng kể nhờ đặc tính trội Polyaniline tổng hợp từ lâu phương pháp trùng hợp hóa học Những năm gần đây, người ta dùng phương pháp điện hóa để tổng hợp Đây phương pháp đại khắc phục khuyết điểm phương pháp truyền thống Đó lí em chọn đề tài khóa luận tốt nghiệp “ Tổng hợp Polyaniline phương pháp điện hóa” Sau thời gian tìm hiểu, thực thí nghiệm kiểm tra kết đạt được, báo cáo Khóa luận tốt nghiệp hồn thành gồm phần chính: Chương 1: Giới thiệu chung Chương 2: Phương pháp Chương 3: Kết thảo luận Chương 4: Kết luận kiến nghị Khóa luận tốt nghiệp CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG 1.1 Polyaniline 1.1.1 Lịch sử [ CITATION Oka64 \l 1033 ] [ CITATION Hee01 \l 1033 ] Đầu năm 80 kỷ XIX, nhiều nhà nghiên cứu nảy ý tưởng polymer dẫn dẫn đến nhiều tranh cãi Các trình nghiên cứu tiếp tục trì thập niên 70 kỷ XX, người ta tạo vật liệu thô đen giống carbon Cũng thời gian đó, chuyên gia Nhật Bản trường đại học Persylvania tạo khuyết tật mạch polymer tạo polyacetylene (PA) dẫn điện Tuy nhiên chất bán dẫn khả dẫn điện hạn chế Những năm sau chạy đua nhằm nâng cao khả dẫn điện PA Đến năm 2000, PA trở thành vật liệu dẫn điện nhờ vào thí nghiệm giáo sư Alan Heeger, MacDiarmid Shirakawa phim PA cho xúc tác với Iodine (I2) Khí I2 hấp thụ vào PA dạng ion làm tăng độ dẫn điện PA lên đến tỷ lần Nghiên cứu dành giải Nobel hóa học danh giá mở đầu cho bước nhảy vọt lĩnh vực nghiên cứu khả ứng dụng vật liệu polymer dẫn điện Song song đó, polymer dẫn điện khác nghiên cứu tổng hợp ứng dụng, điển hình Polyaniline (PANI) Ban đầu PANI phát vào năm 1834 Runge gọi Aniline đen[ CITATION Ber02 \l 1033 ] [ CITATION Mac01 \l 1033 ] Đến đầu kỷ 20, báo cáo cấu trúc PANI công bố Nhưng đến năm 1970, người ta ý đến PANI polimer dẫn điện phát triển hướng nghiên cứu tổng hợp ứng dụng nhờ vào tính chất quang điện đặc biệt Từ tạo tiền đề phát triển polimer dẫn điện khác Khái niệm polymer dẫn điện: polymer dẫn điện nhóm polymer mang nối đơi liên hợp nằm dọc theo chuỗi polymer có khả dẫn điện nhờ vào linh động Khóa luận tốt nghiệp điện tử π chuyển động dọc theo chuỗi polymer từ chuỗi sang chuỗi khác[ CITATION ZhA14 \l 1033 ] Ưu điểm bật polymer dẫn điện: - Có tính chất điện, quang tương đồng với bán dẫn vô Dễ chế tạo giá thành thấp Có thể chế tạo thiết bị hay linh kiện diện tích lớn Đáp ứng tính chất quang điện đặc biệt Một số tính chất ưu việt khác mà vật liệu khác không dễ dàng có tính dẻo, uốn cong hình dạng nào, màu trung thực, số lượng màu nhiều … Các nhược điểm cần khắc phục: - Dễ bị oxy hóa ảnh hưởng mơi trường làm thay đổi tính chất vật liệu Khó kiểm sốt độ dày màng polymer trình chế tạo Độ linh động hạt tải điện thấp 1.1.2 Khái niệm Polyaniline (PANI) polymer dẫn điện gồm đơn vị monomer tạo thành từ nhóm khử (y) nhóm oxi hóa (1-y) với ≤ y ≤ [ CITATION JGM91 \l 1033 ]: Hình 1.1 Cấu tạo phân tử Polyaniline Khóa luận tốt nghiệp Hình 1.2 Q trình chuyển đổi dạng oxi hóa polyaniline Trạng thái oxy hóa PANI xác định giá trị y, y thay đổi từ đến Tại y = 0,5 PANI tồn dạng thù hình Emeraldine, y = PANI bị oxi hóa hồn tồn dạng thù hình Pernigraniline y = PANI bị khử hoàn toàn dạng Leucoemeraldine [ CITATION JGM91 \l 1033 ] Emeraldine Pernigraniline tồn dạng muối base [ CITATION AGM891 \l 1033 ] [ CITATION JCC86 \l 1033 ] Mỗi dạng thù hình PANI có màu sắc, độ ổn định độ dẫn điện khác Vì mạch phân tử gồm vòng benzen nhóm amino nên Leucoemeraldine oxy hóa chậm khơng khí khơng dẫn điện Leucoemeraldine bị oxy hóa mơi trường axit tạo thành muối dẫn điện dạng thù hình Emeraldine Pernigraniline có màu xanh tím gồm nhóm aminobenzene quinonediimine xen kẽ Nhóm quinonediimine không ổn định với diện nucleophiles (các anion âm phân tử trung hòa mang cặp electron tự do), đặc biệt nước nên Pernigraniline muối dễ bị phân hủy khơng khí Muối emeraldine PANI hình thành q trình protonation có mặt acid hữu vơ (N nhận thêm điện tích dương) Theo q trình gọi doping Khi PANI dạng base Emeraldine tác dụng với acid, proton chủ yếu tương tác với imine nito tạo Khóa luận tốt nghiệp polycation [ CITATION AHe01 \l 1033 ] Do điện tích dương cục nguyên tử nitơ lân cận làm tăng tổng lượng hệ polymer, nên mật độ electron có xu hướng phân phối xếp lại; kết là, khơng có thay đổi số lượng electron hệ thống [ CITATION JCh86 \l 1033 ] Trong chuỗi, gốc cation xuất hiện, chúng cố định chiều dài liên hợp định cung cấp khả dẫn điện cho polymer Khả dẫn điện dạng thù hình Emeraldine phụ thuộc vào proton cường độ dẫn điện tăng 10 lần mật độ proton tăng từ đến 20% [ CITATION AJH01 \l 1033 ] 1.1.3 Tính chất Tính chất hóa học khả hòa tan: Một vài nghiên tính chất hóa học mạnh PANI thuộc tính trao đổi anion tính khác biệt với polymer trao đổi ion thơng thường Tính chất giải thích dựa khả phân tán điện tích mạch polymer Các nghiên cứu đến sắc ký cho thấy Polyaniline có khả hút nước lớn so với polypyrrol dẫn tới tăng mật độ điện tích Emeraldine base (EB) có khả hòa tan số dung môi hữu ethyl sulfoxide, chloroform, tetrahydrofuran, dimethyl formamide methyl pyrrolidinone [ CITATION GMS00 \l 1033 ] Điều giải thích trạng thái EB mạch polymer khơng có điện tích cation Ngược lại, muối Emeraldine khơng hòa tan nước dung mơi phổ biến có điện tích cation mạch polymer [ CITATION YCa89 \l 1033 ] Tính chất quang học: tính chất chuyển mạch quang học cảu PANI liên kết ảnh hưởng trực tiếp lên Xu hướng chuyển đổi trạng thái oxy hóa ảnh hưởng đến đặc tính hấp thị UV-Vis [ CITATION GGW09 \l 1033 ] PANI thể màu sắc dạng oxi hóa khác tùy vào phản ứng oxi hóa khử khác Tính chất học: thuộc tính học PANI phụ thuộc vào điều kiện tổng hợp Phương pháp hóa học tạo PANI có độ xốp thấp, sử dụng phổ biến tồn dạng màng, sợi hay hạt phân tán Màng PANI trường hợp có Khóa luận tốt nghiệp 10 tính phụ thuộc vào phân tử lượng chất Phân tử lượng lớn tính cao, phân tử lượng nhỏ tính thấp Phương pháp điện hóa cho PANI có độ xốp cao hơn, độ dài phân tử ngắn tính màng PANI phụ thuộc nhiều vào điện tổng hợp Trong thực tế, MacDiarmid tính chất học phụ thuộc cách phức tạp vào chất pha tạp Hầu hết sợi màng PANI tạo từ trình chuyển đổi từ dạng oxi hóa nhờ q trình pha tạp Tính dẫn điện: PANI tồn trạng thái: dẫn điện, bán dẫn cách điện Trong trạng thái muối Emeraldin màu xanh lục có độ dẫn điện cao ổn định [ CITATION JEd04 \l 1033 ] Tính dẫn điện phụ thuộc vào nhiệt độ, độ ẩm dung mơi tổng hợp Ngồi điều kiện tổng hợp ảnh hưởng đến cấu trúc polymer nên làm thay đổi tính dẫn điện polymer Có thể thay đổi tính dẫn điện PANI cách sử dụng chất pha tạp Khóa luận tốt nghiệp 55 Hình 3.15 Sơ đồ chùm tia tới chùm tia nhiễu xạ tinh thể Đây phương trình để nghiên cứu cấu trúc tinh thể Căn vào cực đại nhiễu xạ giản đồ (giá trị 2) suy d theo cơng thức So sánh giá trị d tìm với giá trị d chuẩn xác định cấu trúc mạng tinh thể chất cần nghiên cứu Kích thước hạt tính theo phương trình Scherrer sau: Trong đó:  K = 0,9  λ bước sóng tia X (trong trường hợp  = 0,154 nm)  1 độ rộng bán phổ  là góc phản xạ Khóa luận tốt nghiệp 56 Hình 3.16 Độ tù pic phản xạ gây kích thước hạt Có hai thông tin mà mũi nhiễu xạ Bragg mang lại: Vị trí mũi nhiễu xạ cường độ mũi nhiều xạ Vị trí mũi nhiễu xạ mang thơng tin mặt mạng nhiễu xạ thơng tin mạng sở Từ vị trí mũi nhiễu xạ phổ nhiễu xạ, trình indexing cho phép ta tìm xác định mạng sở, loại tinh thể, nhóm đối xứng không gian Cường độ mũi nhiễu xạ mang thông tin mật độ nguyên tử mặt mạng Trong phần trên, tán xạ tia X xảy điện tử cường độ tán xạ phụ thuộc vào sô điện tử nguyên tử Nếu nguyên tử có nhiều điện tử, cường độ tán xạ tia X mạnh ngun tử có điện tử Vì vậy, mật độ nguyên tử mặt mạng tinh thể lớn, cường độ mũi nhiễu xạ Bragg mặt mạng tinh thể phổ nhiễu xạ lớn Từ cường độ mũi nhiễu xạ cộng them thông tin ô mạng sở, ta xác định vị trí nguyên tử ô mạng Máy đo XRD bao gồm: ống tia X, dụng cụ giữ mẫu detector Tia X tạo ống tia cathode cách đốt nóng dây tóc để tạo electron, đặt điện áp để gia tốc electron bắn phá vật liệu electron Khi electron có đủ lượng để đánh bật electron lớp vỏ bên vật liệu, quang phổ tia X đặc trưng tạo Detector ghi lại xử lý tín hiệu tia X chuyển đổi tín hiệu thành đếm, xuất liệu hình máy tính Hình dạng máy đo nhiễu xạ tia X cho mẫu quay theo đường chùm tia X chuẩn trực góc θ máy dò tia X gắn cánh tay để thu tia X nhiễu xạ quay góc 2θ Dụng cụ sử dụng để trì góc xoay mẫu gọi Khóa luận tốt nghiệp 57 máy đo điện áp Đối với mẫu bột điển hình, liệu thu thập 2θ từ khoảng 5° đến 70° Máy nhiễu xạ tia X dùng để phân tích cấu trúc tinh thể nhanh chóng xác, ứng dụng nhiều việc phân tích mẫu chất, sử dụng nghiên cứu, công nghiệp vật liệu, ngành vật lí, hóa học lĩnh vực khác 3.4.2 Kết XRD XRD 350 300 Lin (Cps ) 250 200 150 100 50 10 15 20 25 30 35 40 45 50 2-T heta-S cale Hình 3.17 Kết XRD PANI vải carbon Hình 3.17 cho thấy kết XRD PANI vải Carbon nhiệt độ phòng với đỉnh nhiễu xạ 25,7o Kích thước tinh thể xác định theo phương trình Scherrer: Khóa luận tốt nghiệp  58 d kích thước bình qn vi tinh thể, nhỏ kích thước hạt  K số Bragg, K=0,9  λ bước sóng tia X  β line broadening nửa cường độ cực đại (FWHM), có đơn vị radians  θ góc Bragg (đơn vị độ) Tại peak 25,7o bề rộng mũi hẹp, cường độ mũi cao chứng tỏ PANI có cấu trúc tinh thể hồn hảo với kích thước tinh thể khoảng 3,3527 Å Điều cho thấy q trình điện hóa tạo PANI vải carbon với cấu trúc tinh thể tối ưu Khóa luận tốt nghiệp 59 XRD 350 Vải carbon 300 PANI 250 Lin (Cps) 200 150 100 50 10 15 20 25 30 35 40 45 2-Theta-Scale Hình 3.18 Kết XRD so sánh vải carbon PANI phủ vải carbon Hình 3.18 biểu thị kết XRD vải carbon XRD PANI phủ vải carbon Theo đó, khoảng cách phổ peak 25,7 o trình phủ PANI làm tăng cấu trúc tinh thể bề mặt vải carbon 3.5 TGA (Thermal Gravimetric Analysis) 3.5.1 Tổng quan TGA TGA phương pháp phân tích dựa sở xác định khối lượng mẫu vật chất bị (hoặc nhận vào) trình chuyển pha hàm nhiệt độ Khi vật chất bị nung nóng, khối lượng chúng bị từ trình đơn giản bay từ phản ứng hóa học giải phóng khí Một số vật 50 Khóa luận tốt nghiệp 60 liệu tăng khối lượng chúng phản ứng với khơng khí mơi trường kiểm tra Phép đo TGA nhằm xác định: - Khối lượng bị q trình chuyển pha Khơi lượng bị theo thời gian theo nhiệt độ trình khử nước phân ly Đường phổ TGA đặc trưng cho hợp chất hệ thứ tự phản ứng hóa học xuất khoảng nhiệt độ xác định hàm cấu trúc phân tử Sự thay đổi khối lượng kết trình đứt gãy hình thành vơ số liên kết vật lý hóa học nhiệt độ gia tăng dẫn đến bay sản phẩm tạo thành sản phẩm nặng Nhiệt độ sử dụng bình thường khoảng 12000C Mơi trường sử dụng mơi trường khí trơ Tính phương pháp: Các q trình diễn phương pháp phân tích thơng thường bay hơi, huỷ cấu trúc, phân huỷ carbonat, oxi hoá sulfua, oxi hố florua,…Đó q trình tạo lên đứt gãy hình thành lên liên kết vật lý, hoá học xảy mẫu chất Đây phương pháp phân tích khối lượng nên thơng tin ta nhận tốt cho việc xác định thành phần khối lượng chất có mặt mẫu chất Bên cạnh đó, ta xác định thành phần độ ẩm, thành phần dung môi, chất phụ gia, loại vật liệu Một TGA sử dụng để mơ tả đặc tính vật liệu thơng qua phân tích mẫu phân rã đặc trưng Đây kỹ thuật đặc biệt hữu ích để nghiên cứu vật liệu polymer, bao gồm nhựa nhiệt dẻo, nhiệt, chất đàn hồi, vật liệu tổng hợp, màng nhựa, sợi nhiên liệu TGA sử dụng phân tích gốm sứ polymer ổn định nhiệt Gốm thường tan chảy trước chúng bị phân hủy chúng ổn định nhiệt phạm vi nhiệt độ lớn, TGA chủ yếu sử dụng để nghiên cứu tính ổn định nhiệt polymer Hầu hết polyme tan chảy xuống cấp trước 200°C Tuy nhiên, có loại polyme ổn định nhiệt chịu nhiệt độ 300°C khơng khí 500°C khí trơ mà khơng thay đổi cấu trúc, phân tích TGA Khóa luận tốt nghiệp 61 3.5.2 Kết TGA Như đề cập trước đó, PANI ứng dụng siêu tụ điện, diode, transitor Nhiệt độ làm việc tụ điện thường hiểu nhiệt độ vùng đặt tụ điện mạch điện hoạt động Tụ điện phải chọn với nhiệt độ làm việc cao cao nhiệt độ Thông thường nhiệt độ thiết lập tiêu tán điện biến thành nhiệt mạch, cộng với nhiệt môi trường ngồi truyền vào nhiệt độ mơi trường cao Song với tụ có mức rò điện cao, xảy tiêu tán điện biến thành nhiệt tụ điện, làm cho nhiệt độ tụ điện cao xung quanh Các hư hỏng nổ tụ thường liên quan đến tượng Tương tự vậy, diode transitor xảy phát nhiệt q trình hoạt động Do việc kiểm tra khả bền nhiệt PANI quan trọng Hình mơ tả kết phân tích TGA PANI phủ vải carbon sau thí nghiệm Temperature (oC) Hình 19 Kết TGA mẫu PANI vải carbon Khối lượng ban đầu mẫu thí nghiệm 9,835mg Kết TGA cho biết trình giảm khối lượng PANI theo gia tăng nhiệt độ phân chia Khóa luận tốt nghiệp 62 thành vùng Vùng đốt nóng sơ bộ, nhiệt độ tăng lên đến 250 oC khối lượng mẫu thí nghiệm giảm 2%, tương ứng với 0,1972mg Nhiệt độ tiếp tục tăng lên đến gần 500oC, lúc khối lượng giảm 8,7% Cuối vùng phá hủy vật liệu, mẫu bị phá hủy hoàn toàn nhiệt độ tăng đến 800 oC Đáng ý 620oC, vật liệu bị 20% khối lượng Điều chứng tỏ khả dẫn điện mong muốn, PANI vật liệu bền nhiệt phù hợp với ứng dụng 3.6 BET (Brunauer–Emmett–Teller) 3.6.1 Tổng quan BET Phân tích BET cung cấp đánh giá diện tích bề mặt cụ thể xác vật liệu phương pháp hấp phụ đa lớp nitơ theo hàm áp suất sử dụng máy phân tích hồn tồn tự động Kỹ thuật bao gồm đánh giá diện tích bên ngồi diện tích lỗ rỗng để xác định tổng diện tích bề mặt cụ thể tính m /g mang lại thông tin quan trọng nghiên cứu ảnh hưởng độ xốp bề mặt kích thước hạt nhiều ứng dụng Hấp phụ khí phương pháp thơng dụng để đo diện tích bề mặt và phân bố kích thước lỗ xốp vật liệu Hai đặc tính vật lý quan trọng ảnh hưởng lớn đến tính hoạt động vật liệu Diện tích bề mặt riêng mẫu xác định hấp phụ vật lý chất khí bề mặt chất rắn cách tính lượng khí hấp phụ tương ứng với lớp đơn phân tử bề mặt Sự hấp phụ vật lý lực tương đối yếu (lực van der Waals) phân tử khí hấp phụ diện tích bề mặt hấp phụ mẫu thử.Việc xác định thường thực nhiệt độ nitơ lỏng (-196°C) Lượng khí hấp phụ đo phương pháp volumetric continuous Việc tính tốn dựa thuyết BET Trước xác định diện tích bề mặt cụ thể mẫu, cần phải loại bỏ khí bị hấp phụ vật lý bề mặt sau trình sản xuất, xử lý bảo quản Nếu q trình loại khí khơng đạt kết diện tích bề mặt bị giảm thay đổi số nơi bề mặt phủ phân tử khí bị hấp phụ trước Các điều kiện Khóa luận tốt nghiệp 63 q trình loại khí cần thiết để đạt độ xác phép đo Điều kiện cho trình quan trọng đồng lần đo khối lượng mẫu thử khơng đổi khơng có thay đổi vật lý hóa học phát mẫu thử Các điều kiện khí xác định nhiệt độ, áp suất thời gian Q trình khí thường đạt cách áp dụng chân không, làm mẫu dòng chảy khí trơ, áp dụng phương pháp tuần hoàn giải hấp phụ hấp phụ Trong hai trường hợp, thường sử dụng nhiệt độ cao để tăng tốc độ khí khỏi bề mặt Cần thận trọng xử lý mẫu bột cách sử dụng nhiệt độ cao để tránh ảnh hưởng đến chất bề mặt tính tồn vẹn mẫu Nếu sử dụng gia nhiệt, nhiệt độ thời gian khí phải thấp tốt để đạt phép đo thời gian cho phép Đối với mẫu có độ nhạy cảm cao, sử dụng phương pháp khác phương pháp tuần hoàn giải hấp phụ-hấp phụ Các ngành tiêu biểu sử dụng phân tích BET: Các thiết bị y tế, gốm sứ, thuốc nhuộm, sơn, bột màu, dược phẩm, mỹ phẩm, công nghệ nano, dệt may, công nghệ tế bào nhiên liệu Khóa luận tốt nghiệp 64 3.6.2 Kết BET Hình 3.20 Kết BET mẫu PANI vải carbon Thuyế thấp phụ BET xem thuyết thành cơng mơ tả q trình đẳng nhiệt hấp phụ, sử dụng nhiều thực tế, dù xuất phát từ sở thuyết Langmuir Phương trình BET có dạng :     po : áp suất bão hòa; V: thể tích khí hấp phụ áp suất p Vm: thể tích khí bị hấp phụ lớp thứ I (đơn phân tử) C: thừa số lượng, có biểu thức: ,với q n nhiệt hóa lỏng, q1 nhiệt hấp thụ khí lớp đơn phân tử Khóa luận tốt nghiệp 65 Khi C lớn (qn = q1) phương trình hấp phụ BET tương tự phương trình Langmuir Phương trình hấp phụ đa phân tử BET dễ dàng chuyển sang dạng tuyến tính: Đồ thị theo đường thẳng cắt trục tung đoạn , độ dốc đường biểu diễn từ xác định Vm C Ngoài ra, biết Vm ta tính bề mặt vật hấp phụ So theo biểu thức:  N : số Avogadro  Wm : bề mặt chiếm phân tử chất bị hấp phụ lớp đơn phân tử  Vo : thể tích mol khí điều kiện chuẩn (22400 cm3/mol) Từ xác định diện tích bề mặt PANI vải carbon 1,637m 2/g Mẫu ban đầu có khối lượng 0,146g tương ứng với 0,239m Vải carbon có diện tích bề mặt gia tăng sau q trình xử lý điện hóa loại bỏ tạp chất bề mặt Hiện vải carbon ứng dụng phổ biến lĩnh vực xử lý nước thải Diện tích bề mặt thơng số quan trọng việc đạt hiệu suất trình xử lý Do việc phủ PANI lên bề mặt vải carbon làm gia tăng thêm diện tích bề mặt có ý nghĩa q trình xử lý nước thải Khóa luận tốt nghiệp 66 CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 4.1 Kết luận Bài thí nghiệm dùng phương pháp điện hóa để tổng hợp Polyaniline Các kết phân tích kiểm tra thành cơng phương pháp Từ q trình thí nghiệm kết đạt đưa kết luận sau: - So với phương pháp tổng hợp truyền thống, phương pháp giúp rút ngắn thời gian tổng hợp cách đáng kể Phương pháp tốn kém, an - tồn, thân thiện với mơi trường Q trình tổng hợp chịu ảnh hưởng nhiều yếu tố như: nồng độ aniline, - nồng độ acid, thời gian điện hóa, điện áp điện cực tham gia Polyaniline tổng hợp có độ dẫn điện cao, độ bền nhiệt cao diện tích bề mặt tốt phù hợp cho ứng dụng nghiên cứu Với ưu điểm trên, phương pháp tổng hợp phù hợp với yêu cầu công nghiệp đáp ứng cho nhu cầu nghiên cứu sản xuất thiết bị ứng dụng polyaniline 4.2 Kiến nghị Quá trình tổng hợp điện hóa sử dụng hai điện cực, khơng dùng điện cực tham chiếu nên q trình oxi hóa khử diễn khó kiểm sốt ảnh hưởng đến việc tạo thành dạng oxi hóa Polyaniline Do cần tìm điều kiện tối ưu để tạo Polyaniline dạng dẫn điện Khóa luận tốt nghiệp 67 TÀI LIỆU THAM KHẢO [Okamoto, Yoshikuko, Brenner and Walter, "Organic Semiconductor," Polymer, 1] pp 125-158, 1964 [Heeger and Alan, "Nobel Lecture: Semiconducting and metallic polymers: The 2] fourth generation of polymeric materials," Review of Modern Physics , pp 681-700, 2001 [H Berneth, "Azine Dyes," Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 3] pp 1-33, 2002 [MacDiamid and Alan G, "Synthetic Metals": A Novel Role for Organic 4] Polymers (Nobel Lecture)"," Angewandte Chemie International Edition 40, p 2581–2590, 2001 [Zh.A.Boeva and V.G.Sergeyev, Polymer Science, pp 144-153, 2014 5] [J G Masters, Y Sun, A G MacDiarmid, and A J Epstein, Synth Met 41, p 6] 715, 1991 [A G MacDiarmid and A J Epstein, Faraday Discuss Chem Soc 88, p 317, 7] 1989 [J C Chiang and A G MacDiarmid, Synth Met 13, p 193, 1986 8] [A Heeger, Rev Mod Phys 73, p 681, 2001 9] [J Chiang and A G MacDiarmid, Synth Met 13, p 193, 1986 10] Khóa luận tốt nghiệp 68 [A J Heeger, J Phys Chem B 105, p 8475, 2001 11] [G.M Spinks, P.C Innis, T.W Lewis, L.A.P Kane-Maguire and G.G Wallace, 12] Mater Forum 24 , pp 125-166, 2000 [Y Cao, A Andreatta, A.J Heeger and P Smith, Polym 30 , pp 2305-2311, 13] 1989 [G.G Wallace, G.M Spinks, L.A.P Kane-Maguire and P.R Teasdale, 14] Conductive Electroactive Polymers: Intelligent Polymer Systems, 2009 [J E de Albuquerque, L.H.C Mattoso, R.M Faria, J.G Masters and A.G, 15] MacDiarmid, Synth Met 146, pp 1-10, 2004 [D Nicolas-Debarnot and F Poncin-Epaillard, Analytica Chemica Acta 475, 16] pp 1-15, 2003 [A.A.Syed and M.K.Dinesan, Talanta 38, pp 815-837, 1991 17] [Mr.Ravindrakumar G Bavane, SOPS, NMU, Jalgaon, 2014 18] [E.P.Koval’chuk, S.Wittingham, O.M.Skolozdra, P.Y.Zavalij and I.Y.Zavaliy, 19] Mater Chem Phys 69, pp 154-162, 2001 [O.V.Reshetnyak and M.Seledets, Mater Chem Phys 69, pp 154-162, 2001 20] [S.C.Yang, SPIE Inst Ser 4, pp 335-365, 1988 21] [Ramakrishnan Rajagopalan and Jude O.Iroh, Electrochimica Acta 47, pp 22] 1847-1855, 2002 Khóa luận tốt nghiệp [J.Vivekanandan, 69 V.Ponnusamy, A.Mahudeswaran and P.S.Vijayanand, 23] Scholars Research Library, pp 147-153, 2011 [Roslinda Mustapa, Zakira Imana Abu Mansor and Kavirajaa Pandian 24] Sambasevam, Journal of Physical Science 29, pp 9-16, 2018 [A.J.Epstein, J.M.Ginder, F.Zuo, R.W.Bigelow, H.Woo, D.B.Tanner, W.Huang 25] and G.A.MacDiarmid, Synth Met 18, pp 303-309, 1987 [A.Heeger, Synth Met 125, pp 23-42, 2001 26] ... trùng hợp hóa học điện hóa Aniline với có mặt chất dopant Có hai phương pháp để tổng hợp PANI: phương pháp điện hóa phương pháp hóa học Tùy thuộc vào đặc Khóa luận tốt nghiệp 21 trưng phương pháp. .. thiết Trùng hợp điện hóa phương pháp tiêu chuẩn Polymer lắng đọng bề mặt điện cực dạng pha tạp dung dịch Ba phương pháp điện hóa sử dụng để tổng hợp PANI: Phương pháp mạ điện áp dụng dòng điện khơng... hóa học Những năm gần đây, người ta dùng phương pháp điện hóa để tổng hợp Đây phương pháp đại khắc phục khuyết điểm phương pháp truyền thống Đó lí em chọn đề tài khóa luận tốt nghiệp “ Tổng hợp